[发明专利]一种模拟不同热负荷下土体热物性参数的测试方法

摘要

本发明公开了一种模拟不同热负荷下土体热物性参数的测试方法。设置一种测试装置，由制样系统和试验系统组成；制样系统包括小型击实器、制样管、金属杆和外延伸管，制样管采用PVC管加工制成，内径为55.0mm，高度为90.0mm，壁厚3.0mm。试验系统由高低温交变湿热试验箱、热探针和KD2 Pro热特性分析仪组成。通过该装置实现不同热负荷环境的真实模拟，并准确测试土体试样的热物性参数。本发明方法原理简单，操作方便，可模拟不同热负荷工况，易掌握，且测试结果精度较高，可为岩土工程热分析领域的研究与应用提供便利，便于工程运用和大规模推广。

主权项

一种模拟不同热负荷下土体热物性参数的测试方法，其特征在于具体步骤为：(1)设置一种测试装置，包括制样系统和试验系统，制样系统用来完成土体试样的制备，试验系统用来完成不同热负荷下土体试样热物性参数的测试；其中，制样系统包括制样管、外延伸管、金属杆和小型击实器，制样管采用PVC管加工制成，内径为55.0mm，高度为90.0mm，壁厚3.0mm；外延伸管采用PVC管加工制成，内径为55.0mm，高度为30.0mm，壁厚3.0mm；小型击实器由底座和击锤组成，底座的直径为53.0mm，高度为20.0mm，击锤的直径为20.0mm，高度为60.0mm，底座和击锤均采用不锈钢材料制成，底座焊接于金属杆上，且套在制样管内，击锤中部设置小圆孔，并通过中部的小圆孔恰好套在金属杆上，能够自由上下滑动；而外延伸管则是同轴线方向叠在制样管上，用橡皮膜扎紧；制样管提供了击实制样过程中对土体试样的形状与体积的约束，严格控制了制样过程中土体试样的初始干密度以及含水率，而外延伸管主要起到辅助击样的功能，即在分层击样过程中，松散的土样往往会超出制样管，将配套的外延伸管叠在制样管上避免松散土样散落出制样管，保证制样过程的精度和制样方便；小型击实器的作用是放置于松散土样上对其实现击实的目的，即通过击锤抬升做自由落体运动对底座产生冲击力，从而能够作用于松散土样上实现击实的目的；试验系统包括高低温交变湿热试验箱、热探针和KD2 Pro热特性分析仪，高低温交变湿热试验箱的内部设置有水平的不锈钢支架，用于放置装有土体试样的制样管，热探针通过探针线穿过高低温交变湿热试验箱的侧壁与KD2 Pro热特性分析仪连接，KD2 Pro热特性分析仪的作用是测试土体试样的热物性参数，即通过热探针插入到土体试样正中间测试其热物性参数，并通过探针线反馈给KD2 Pro热特性分析仪，而高低温交变湿热试验箱主要是提供需求的热负荷环境，即通过温度编程控制功能按试验需求设置不同的热负荷，从而模拟不同的热环境工况，高低温交变湿热试验箱能够分段编程严格控制试验箱内温度变化快慢，温度变化幅度，以实现近似模拟大部分实际热负荷工况，高低温交变湿热试验箱的长为600.0mm，宽为500.0mm，高为800.0mm；(2)根据实验计划需要，将待测的土样风干后碾散过2mm筛备用；(3)按设计的土样干密度和含水率计算制备一个制样管的土体试样所需风干土的质量和加水量，将土置于塑料盆中用喷雾器分层均匀喷洒后，用塑料膜扎紧，润湿一昼夜，使含水率分布均匀；(4)采用小型击实器制备土体试样，将润湿一昼夜的土样均分四次倒入制样管，每倒入一次即用小型击实器击实，即先将土样面层摊匀，再将小型击实器的底座置于其上，推动击锤击实土样直至土样面达到预定的高度，下一层击实前应先对面层进行“拉毛”，以保证制备的土体试样不出现分层现象，特别要注意的是，最后一层土样击实时，应先将外延伸管套在制样管上，再将土样倒入制样管内重复之前的击实工作，同时避免松散土样洒落到制样管外；(5)将热探针插入步骤(4)制备好的土体试样正中心并做好密封措施，最后将连接好的装置放置在高低温交变湿热试验箱内的不锈钢支架上于室温下养护24小时；(6)重复步骤(2)~(5)，制得同一批次的试样，进行后续不同热负荷工况下的热物性测试试验；(7)通过高低温交变湿热试验箱的温度控制编程功能，模拟不同的热负荷环境，即按需求设置高低温交变湿热试验箱的热负荷工况，热负荷工况设置完毕后运行高低温交变湿热试验箱；(8)通过KD2 Pro热特性分析仪实时采集土体试样的热物性参数，并做好记录工作，即实现模拟不同热负荷下土体热物性参数的测试。